多层极耳焊接向百层“猛进”

替代燃油车的终极构想驱动，电池（电池清洗机）的快充性能从2C走向4C、6C，巨湾技研在6月初发布的凤凰电池技术甚至实现了最高8C的水平。

现阶段快充技术主要通过高压实现，其对电池材料、结构体系的要求之一便是承受高压。具体在制造工序中，多层极耳焊接成为迈向快充时代前路的一块短板。

极耳焊接的层数与快充性能成正相关，层数越多，电池内阻越小、倍率性能更优、更能承受高电压快充。目前极耳焊接的层数约为60片，而电池厂商已提出超100层的下一代要求。供给方与需求方的关键性能指标出现断层。

不仅层数上有很大空间，多层极耳焊接是电池生产中良率最低的环节。当其他工序良率普遍突破99%，不断向“1”逼近时，多层极耳焊接环节良率仍处于94%-97%的瓶颈阶段。

此外，新箔材复合集流体产业化加速中，受复合集流体中的基膜绝缘性影响，主流的焊接工艺难以满足其多层焊接要求。 

工艺亟待变革。常州一隅，电阻焊老兵上海梅达新设立公司卡洛维德，经过二到三年多的技术攻克，研发出区别于超声波焊接、激光焊接的“第三种焊接工艺”——压熔焊，在多层极耳焊接环节爆发生命力。

开启极耳+极柱“一次焊接”时代

多层极耳焊接通常需应用超声波焊接、激光焊接两种工艺，对焊接表面清洁要求较高的超声波焊接预先将金属材料焊在一起（预焊），再通过激光焊接消除超声波焊接中的虚焊。

根据电池厂产线设置的区别，多层极耳焊接与接续的极柱焊接一般分为三步或两步。三步为多层极耳预焊（超声波）、多层极耳终焊（激光）、极耳极柱焊接（激光）；两步则在多层极耳预焊环节加上极柱，再进行激光终焊。

良率之所以低，是由于超声波焊接是通过声波的高频振动焊接，而极耳箔材薄、层数多，压力太大箔材易撕裂，压力太小则会出现虚焊，两种情况均会影响电池质量。

所以，即便两步法相较于三步法在流程上有所化简，但激光消除虚焊环节仍旧不可规避，仍难彻底解决多层极耳焊接环节中的低良率。

位于常州的新公司卡洛维德则研发出多层极耳焊接的“第三种工艺”——压熔焊，实现从多层极耳到极耳极柱的一次焊接。

压熔焊的工艺基础为传统焊接工艺——电阻焊中的点焊，此前被广泛应用于航空航天、汽车、电器等领域的焊接工序中。区别传统点焊实现点状连接，卡洛维德压熔焊，还能实现线形的、环形连接。

压熔焊实现两道工序一次焊接的“密钥”在于，上、下电极在焊接压力作用下，连同多层极耳和极柱盖板一起压紧，并利用电流通过焊件接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，将被焊金属加热到局部熔化或达到高温塑性状态，形成牢固的焊接接头。

在焊接效果上，卡洛维德压熔焊设备最多可实现铝箔120层、铜材80层。以实际生产中的60-70层为例，卡洛维德压熔焊可达到垂直向400N拉力（通常电池厂要求50N以上），焊接良率高。

特别地，卡洛维德表示，目前公司对复合集流体的多层焊接难点在持续性攻关，已实现60层复合铜箔焊接，近期正在对60层复合铝箔焊接做攻克，未来还将在复合集流体的焊接层数上做更高挑战。

成本方面，压熔焊设备成本与超声波焊接、激光焊接相当，但因工序的减少，整体上一次成本大幅降低，用电量少，耗材可修复后重复使用。由于采用了优化设计，压熔焊在节能、环保方面也取得了很大的突破。

值得一提的是，压熔焊设备故障率低。前身点焊设备此前被广泛应用于各领域金属焊接工序中，多年的实际应用中，设备的稳定性倍受认可。在汽车车身焊接中，已有设备使用超20年的先例。

在焊接效率上，按照0.3s一个焊点，一台压熔焊设备效率在100PPM-200PPM。

能源变革下老牌焊接技术“新活法”

电阻焊在各领域焊接中能长青不倒，不无原因。新工艺压熔焊继承了传统点焊的焊接范围小、精度高、柔性好等绝大部分优势。

但TWh时代的规模化生产需求让产线速度越来越快，相比于激光焊接、超声波焊接对快生产节奏的适应，电阻焊似乎在电池生产应用中境地尴尬。卡洛维德也告诉高工锂电，点焊不做突破性变革是无法进行多层极耳焊接的。

穷则变，变则通。深耕电阻焊工艺的卡洛维德通过重新构建工艺壁垒，将老牌工艺再次推向能源变革的风口。

温度是多层极耳焊接门槛之一。

因电池隔膜的性能会受高温影响（约130℃），这对通过电阻热实现焊接的压熔焊提出了挑战。在多层极耳焊接中，铝箔、铜箔的焊接区温度分别高达660℃、1100℃，远超隔膜可承受温度。卡洛维德已对高温问题做了集中攻克，采用适当的能量控制技术陡化焊接区外侧的温度梯度，可保证隔膜性能不受影响。

同时，压熔焊的焊接形状面积约为20平方毫米，约为超声波焊接面积的五分之一。不仅大幅缩小高温影响的范围，更大的优势在于，小面积赋予了压熔焊更高的柔性。无论电池型号如何改变，只要焊接表面大于压熔焊接面积，设备都能适用，而这一优势也源于对点焊工艺的继承。

此外，若直接用传统点焊进行多层极耳焊接，将面临飞溅严重、熔核生长难、电极磨损快三大痛点。

应对电极磨损，卡洛维德合理利用零件结构对电极实施防粘措施，已实现一班一换方案落地，支持单台设备每班焊接过万颗电池（一极两处焊点，焊接次数超2万次）。

对于飞溅与熔核生长难，卡洛维德表示，工艺创新基础上，还需要过硬的硬件设备支撑，这同时是脱胎于上海梅达的卡洛维德的优势所在。

1993年，上海电焊机厂与WTC, ROMAN成立合资公司上海梅达，此后上海梅达深耕电阻焊工艺，一路发展壮大，成为汽车车身焊接设备的行业领先者。

在硬件上，卡洛维德有来自WTC的核心技术支持，拥有多型号焊接控制器、焊接电源、焊接变压器。在硬件基础上，通过工艺调试，足以高效率、高良率支撑多层极耳焊接。

目前，卡洛维德压熔焊已应用于头部电池厂的负极多层极耳焊接中，正极设备正在试生产环节。

卡洛维德表示，下游对压熔焊在多层极耳焊接中的效果是认可的，但在新能源领域中，压熔焊仍属于新工艺，还需要与更多客户通过更长时间验证压熔焊的变革性进步。

据了解，除了多层极耳焊接，卡洛维德已经布局封口焊接、汇流排焊接等工序设备。电阻焊工艺会否掀起一场电池焊接市场变局，值得期待。

深圳泽诚自动化设备有限公司-电池清洗机-深圳自动化设备生产厂家